Ионообменная мембрана — это полупроницаемая мембрана , которая транспортирует определенные растворенные ионы, блокируя другие ионы или нейтральные молекулы. [1]
Ионообменные мембраны, следовательно, являются электропроводящими. Они часто используются в опреснении и химической регенерации, перемещая ионы из одного раствора в другой с небольшим проходом воды. [2]
Важными примерами ионообменных мембран являются протонообменные мембраны , которые транспортируют H+ катионы и анионообменные мембраны, используемые в некоторых щелочных топливных элементах для транспортировки ОН− анионы .
Ионообменная мембрана обычно изготавливается из органического или неорганического полимера с заряженными (ионными) боковыми группами, такими как ионообменные смолы . Анионообменные мембраны содержат фиксированные катионные группы с преимущественно подвижными анионами; поскольку анионы являются основными видами, большая часть проводимости обусловлена переносом анионов. Обратное справедливо для катионообменных мембран .
Так называемые гетерогенные ионообменные мембраны имеют низкую стоимость и более толстый состав с более высоким сопротивлением и шероховатой поверхностью, которая может быть подвержена загрязнению. Гомогенные мембраны более дороги, но имеют более тонкий состав с более низким сопротивлением и гладкую поверхность, менее подверженную загрязнению. Поверхности гомогенных мембран могут быть модифицированы для изменения проницаемости мембраны для протонов, одновалентных и двухвалентных ионов. [3]
Селективность ионообменной мембраны обусловлена равновесием Доннана , а не физическим блокированием или электростатическим исключением определенных заряженных частиц.
Селективность к переносу ионов противоположных зарядов называется его проницаемостью. [3]
Ионообменные мембраны традиционно используются в электродиализе или диффузионном диализе с помощью электрического потенциала или градиента концентрации, соответственно, для селективного переноса катионных и анионных видов. При применении в процессе опреснения электродиализом анионообменные и катионообменные мембраны обычно располагаются в чередующемся порядке между двумя электродами (анодом и катодом) в электродиализном стеке. Гальванический потенциал подается в виде напряжения, генерируемого на электродах. [3]
Типичный промышленный электродиализа состоит из двух камер: камеры продукт-вода и камеры концентрат-отход. Во время работы стека соли переносятся из продукта в концентрат. В результате поток отхода концентрируется, а поток продукта обессоливается. [3]
Примерами применения ионообменных мембран, используемых в электродиализе и ЭДР, являются опреснение морской воды, очистка промышленных сточных вод с высоким содержанием накипи, производство продуктов питания и напитков, а также других промышленных сточных вод. [3]